JP5039365B2 - クレーンのスキュー振れ止め装置およびクレーン - Google Patents

Description

本発明は、例えば、港湾にて、箱型形状のコンテナが多数載置されるコンテナヤードにて、コンテナを搬送するクレーンに対して使用可能なクレーンのスキュー振れ止め装置に関する。

港湾等のコンテナヤードでは、クレーンによって船舶あるいはトレーラへのコンテナの積み込み及び船舶あるいはトレーラからのコンテナの積み降ろし等の荷役作業が行われている。
このような荷役作業に用いられるクレーンにおいては、コンテナを目標位置へ正確に到達させるために、コンテナの振れを抑制する制振装置が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、ワイヤロープを介してトロリに吊り下げられた吊荷の振れを抑制する機構として、ワイヤロープが巻回され、ワイヤロープの張力の作用方向に略等しい方向に変位可能に支持された複数のガーダエンドシーブと、複数のガーダエンドシーブにそれぞれ独立に連結された複数の油圧シリンダとを備えるクレーンが開示されている。このクレーンでは、複数の油圧シリンダが吊荷の振れによって生じるガーダエンドシーブの変位に対して受動的に作動して吊荷の振れを減衰させるダンパとしての機能と、能動的に作動してガーダエンドシーブを変位させることによって吊荷の姿勢を変化させるアクチュエータとしての機能とを兼ね備えている。
このようなクレーンは、吊荷のスキュー振れを抑制するためのものである。
また、従来、例えば、一端がトロリに案内され、他端が吊具に案内される複数の振れ止め用ロープを取り付け、各振れ止め用ロープの長さを調節することにより、スキュー振れを抑制する振れ抑制装置が知られている。
特開２００４−２６９１３６号公報

ところで、上述したように、トロリと吊具とを繋ぐ振れ止め用ロープの長さを調節することによりスキュー振れを抑制する場合、従来、以下に示すような方法で振れ止め用ロープの長さ調節が行われていた。
例えば、事前計測で作成したコンテナの荷重と巻高さ（例えば、吊具の下面から地面までの距離）とスキュー振れの周期（以下「スキュー振れ周期」という。）とを関連付けたテーブルを予め有しており、スキュー振れ抑制制御時においては、コンテナの荷重と巻き高さとに基づいてテーブルからスキュー振れ周期を読み出し、読み出したスキュー振れ周期を予め登録されている所定の演算式に用いることにより、上記振れ止め用ロープの長さを調整するための制御量を求めて、ロープ長を調整する。

しかしながら、上記の方法の場合、コンテナが偏心していると、上記テーブルから求められるスキュー振れ周期と実際のスキュー振れ周期とが異なってしまうという問題があった。この結果、制振制御を行っているにもかかわらず、適切なスキュー振れ止め制御を実施できず、コンテナのスキュー振れを止めることができないという不都合が生ずる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、吊荷のスキュー振れを確実に止めることのできるクレーンのスキュー振れ止め装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、吊荷を把持するスプレッダに巻回され、前記スプレッダを吊り下げるトロリに案内され、該トロリに設けられた巻上装置によって巻き取られる主ロープと、該主ロープの長さを調節して前記吊荷のスキューを抑制する主ロープ長調節装置と、前記スプレッダが吊り下げる吊荷の条件に基づいて該主ロープ長調節装置を制御する制御部とを備えたクレーンのスキュー振れ止め装置において、前記制御部は、吊荷の条件とスキュー振れ周期との対応関係を表すテーブルを有し、前記テーブルから特定される前記スキュー振れ周期に応じた前記主ロープ長調節装置の制御信号を算出して前記吊荷のスキュー振れを抑制制御し、その後の、検出装置により検出される前記吊荷のねじれ方向の変位であるスキュー変位から前記吊荷にハンチングが発生しているか否かを判定し、ハンチングが発生していると判定した場合に、前記スキュー変位から該吊荷のスキュー振れ周期を算出し、この算出周期に応じて前記主ロープ長調節装置の制御信号を生成するクレーンのスキュー振れ止め装置を提供する。

このような構成によれば、吊荷のスキュー振れの変位を検出し、この検出結果を用いてスキュー振れ周期を求めるので、荷重が偏心しているか否かにかかわらず、正確なスキュー振れ周期を用いて主ロープの長さを調整することができる。これにより、常に、適切なスキュー振れ止め制御を実施することが可能となる。
また、まずは、テーブルから吊荷の条件に対応するスキュー振れ周期を求め、このスキュー振れ周期を用いて制振制御を行うので、スキュー振れ周期を実際の計測値から求める場合に比べて、処理時間を短縮することができる。この結果、スキュー振れを迅速に止めることができる。
さらに、テーブルから求めたスキュー振れ周期に基づく制振制御の後も吊荷の状態を監視することにより、上記テーブルから求めたスキュー振れ周期に基づく制振制御が適切に行われたか否かを判断し、更に、適切な制振制御が行われていなかった場合には、吊荷の実際の振れ変位に基づいてスキュー振れ周期を求め、このスキュー振れ周期を用いて制振制御を行うので、確実にスキュー振れを抑制することができる。

例えば、前記制御部は、前記吊荷のスキュー振れの振幅が所定時間以上に渡って所定の振幅以上となった場合に、ハンチングが発生していると判定することが可能である。

また、前記吊荷の条件としては、例えば、吊荷の重量及び吊り高さとすることができる。吊荷の寸法を条件として含めてもよい。
また、本発明に係るクレーンのスキュー振れ止め装置は、クレーンに用いられて好適なものである。

本発明によれば、吊荷のスキュー振れを確実に抑制することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るクレーンのスキュー振れ止め装置をタイヤ式橋形クレーンに適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るスキュー振れ止め装置が適用されるクレーンの全体斜視図である。このクレーン１０は、吊荷であるコンテナＣを目標コンテナへ段積みするタイヤ式橋形クレーンであり、タイヤ９を備えたタイヤ式走行装置１１によって無軌道面上を走行する門形のクレーン走行機体１０ａを有している。クレーン走行機体１０ａの水平な上部梁１２には、この上部梁１２に沿って水平方向に移動する横行トロリ１３が設けられている。

横行トロリ１３には巻上装置１４が搭載されており、巻上装置１４が巻き上げ、繰り出しを行う主ロープ１５によってコンテナ用のスプレッダ１６が吊り下げられている。スプレッダ１６は吊荷であるコンテナＣを係脱可能に保持することができるようになっている。

符号２５ａ〜２５ｄは振れ止め用ロープであり、４本設けられている。それぞれの振れ止め用ロープ２５ａ〜２５ｄの一端が、スプレッダ１６の上面の前後左右にそれぞれ固定されていると共に、他端がトロリ１３に搭載された振れ止め用ロープドラム２６に案内されている。コンテナ長手方向から見た場合、スプレッダ１６の両側に固定された各振れ止め用ロープ２５ａ〜２５ｄは、互いにクロスして上方のトロリ１３に導かれている。すなわち、スプレッダ１６の後側に一端が固定された振れ止め用ロープ２５ａ、２５ｃは、トロリ１３の前側を経て振れ止め用ロープドラム２６に案内され、スプレッダ１６の前側に一端が固定された振れ止め用ロープ２５ｂ、２５ｄは、振れ止め用ロープ２５ａ、２５ｃとそれぞれクロスし、トロリ１３の後側を経て振れ止め用ロープドラム２６に案内されている。トロリ１３には後述するコンテナＣのスキュー振れを抑制するべく主ロープの長さを調節する主ロープ長調節装置２９が設けられている。

スプレッダ１６には、その上面にレーザターゲット３０が設けられ、トロリ１３に設けられた不図示のレーザ検出装置により、コンテナＣのスキュー変位（図２の上面図に示したねじれ方向の変位）が検出される。
図３は、コンテナＣのスキューを防止するための主ロープ長調節装置２９を拡大して示した図である。主ロープ１５はリンク３１を介して連結され、スキュー振れ止めモータ３２によりボールネジ３３がシリンダ３４を介してリンク３１に作用し、リンク３１を中心３１ａ周りに揺動させることにより、主ロープ１５の長さが調整される。これによりコンテナＣのスキュー振れが抑制される。

図４は、本実施形態に係るクレーンのスキュー振れ止め装置を構成する制御部４０のブロック図である。制御部４０は、演算部４１と、所定のテーブルを記憶する記憶部４２とを備える。上記記憶部４２には、図５に示すように、巻高さと荷重とスキュー振れ周期とを関連付けたテーブルが記憶されている。

演算部４１は、テーブルから求めた、或いは、実際に計測されたスキュー振れ周期を用いてスキューの角度を算出し、この角度をゼロにするためのシリンダ３４の目標位置、つまり、スキュー振れを止めるためのシリンダ３４の目標位置を算出するＰＩＤ制御部４４、ＰＩＤ制御部４４からの目標位置と実際のシリンダの位置との差分を求める減算器、および減算器４５からの算出結果に所定のゲインＫｃを乗ずることにより、シリンダ３４への制御量を求め、これをシリンダ速度指令として出力するシリンダ速度指令生成部４５を備えている。

ＰＩＤ制御部４４において、微分要素、積分要素、比例要素のそれぞれのゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、スキュー振れ周期に応じて適切な値が選択され、用いられる。また、シリンダ速度指令生成部４５において用いられるゲインＫｃは、固定値でもよいし、スキュー振れ周期に応じて適切な値が用いられることとしてもよい。なお、これらゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、例えば、最適制御により求められる。

次に、制御部４０による制御フローについて、図６を用いて説明する。
まず、巻高さと荷重とが入力されると、制御部４０は、記憶部４２に記憶されたテーブルに基づき、巻高さおよび荷重に対応するスキュー振れ周期を求める（図６のステップＳ１）。
続いて、制御部４０は、このスキュー振れ周期に基づいてＰＩＤ制御における各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを決定する（ステップＳ２）。これは、例えば、スキュー振れ周期と各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄとを対応付けるテーブル、或いは、演算式を有しており、前記テーブル或いは演算式にスキュー振れ周期を用いることで、各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを決定することが可能である。

続いて、制御部４０は、スキュー振れ周期および上記ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを用いることによりスキュー振れ止め制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部４０は、スキュー振れ周期とステップＳ２において求めた各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄとを用いてＰＩＤ制御を行うことにより、スキュー振れを止めるためのシリンダの目標位置を計算し、この目標位置と現在のシリンダの位置との差分を計算し、この差分に所定のゲインＫｃを乗じた値をシリンダ速度指令として出力する。これにより、シリンダ速度指令に応じて上記主ロープ長調節装置２９のスキュー振れ止めモータ３２が駆動されることにより、シリンダ３４の位置が目標位置となるように追従制御され、主ロープ１５の長さが調整される。

次に、制御部４０は、ハンチングが発生しているか否かを判定する（ステップＳ４）。換言すると、ステップＳ３において行った振れ止め制御が適切であり、制振効果が出ているか否かを判定する。
例えば、コンテナＣの重心が中心に偏っていると、慣性モーメントが小さくなるため、スキュー振れが大きくなる傾向にある。しかしながら、上記記憶部４２に格納されているテーブルからスキュー振れ周期を求める方法では、このような偏心荷重が考慮されないため、スキュー振れ周期を精度よく求めることができない場合がある。このように、スキュー振れ周期を正確に求めることができなかった場合には、制振制御を実行した後においても、図７に示すように、スキュー振れが収束せずに維持されていることとなる。

そこで、制御部４０は、ハンチングが発生しているか否かにより、スキューの振れ止め制御が適切に行われたかを判定する（Ｓ５）。
具体的には、制御部４０は、例えば、図７に示すように、ステップＳ３における制振制御以降のスキュー振れの振幅Ａを求め、この振幅Ａが所定値Ａｒｅｆよりも大きい状態が所定の期間Ｔｄ以上続いた場合に、ハンチングが発生している判定する。
この結果、ハンチングが発生していなければ、ステップＳ１において求めたスキュー振れ周期が適切であったとして、ステップＳ２に戻り、テーブルから求めるスキュー振れ周期に基づく振れ止め制御を繰り返し行う。一方、ハンチングが発生していれば、ステップＳ１において求めたスキュー振れ周期が不適切であったとして、後続のステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、制御部４０は、スキュー振れ周期を信号処理により求める。具体的には、制御部４０は、吊荷の変位を実際に検出し、この検出結果からスキュー振れ周期を求める。例えば、制御部４０は、図８に示すように、スキュー振れが最小値から最大値まで変位するまでの時間ｔを計測し、この時間ｔを２倍することにより、スキュー振れ周期Ｔを求める。そして、スキュー振れ周期Ｔを求めると、ステップＳ２に戻り、実際に計測したスキュー振れ周期Ｔを用いて、ステップＳ２以降の処理を繰り返し行う。

図９は、ステップＳ１において求めたスキュー振れ周期と、ステップＳ６において求めたスキュー振れ周期との一例を示した図である。このように、テーブルから求めたスキュー振れ周期が不適切であった場合には、時刻Ｔｎにおいて計測によりスキュー振れ周期を再度求め、計測したスキュー振れ周期を用いてスキュー振れ止め制御を行うことにより、適切なスキュー振れ止め制御を行うことができる。この結果、図１０に示すように、時刻Ｔｎ以降において、スキュー振れを徐々に抑制し、ゼロに収束させることが可能となる。

以上のように、本実施形態のクレーンのスキュー振れ止め装置によれば、テーブルから求めたスキュー振れ周期が実際のスキュー振れ周期と一致していない場合には、実際の吊荷の変位からスキュー振れ周期を求め、このスキュー振れ周期を用いて再度のスキュー振れ止め制御を行うので、吊荷のスキュー振れを確実に止めることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るクレーンの全体斜視図である。 コンテナのスキュー振れを示した概略上面図である。 クレーンの主ロープ長調節装置を拡大して示した概略図である。 本実施形態に係るスキュー振れ止め装置の機能ブロック図である。 吊荷の荷重及び巻高さとスキュー振れ周期との関係を示した図である。 同スキュー振れ止め装置による制御手順を示したフローチャートである。 ハンチング判定の一例について説明するための説明図である。 実際の吊具の振れ変位に基づくスキュー振れ周期の算出方法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るスキュー振れ止め装置により算出されたスキュー振れ周期を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係るスキュー振れ止め装置によるスキュー振れの収束状態を示したグラフである。

符号の説明

１３ トロリ
１６ スプレッダ
２５ａ 振れ止め用ロープ
２５ｂ 振れ止め用ロープ
２５ｃ 振れ止め用ロープ
２５ｄ 振れ止め用ロープ
２９ 主ロープ長調節装置
４０ 制御部
Ｃ コンテナ

Claims (4)

1. 吊荷を把持するスプレッダに巻回され、前記スプレッダを吊り下げるトロリに案内され、該トロリに設けられた巻上装置によって巻き取られる主ロープと、該主ロープの長さを調節して前記吊荷のスキューを抑制する主ロープ長調節装置と、前記スプレッダが吊り下げる吊荷の条件に基づいて該主ロープ長調節装置を制御する制御部とを備えたクレーンのスキュー振れ止め装置において、
   前記制御部は、吊荷の条件とスキュー振れ周期との対応関係を表すテーブルを有し、前記テーブルから特定される前記スキュー振れ周期に応じた前記主ロープ長調節装置の制御信号を算出して前記吊荷のスキュー振れを抑制制御し、
   その後の、検出装置により検出される前記吊荷のねじれ方向の変位であるスキュー変位から前記吊荷にハンチングが発生しているか否かを判定し、
   ハンチングが発生していると判定した場合に、前記スキュー変位から該吊荷のスキュー振れ周期を算出し、この算出周期に応じて前記主ロープ長調節装置の制御信号を生成するクレーンのスキュー振れ止め装置。
2. 前記制御部は、前記吊荷のスキュー振れの振幅が所定時間以上に渡って所定の振幅以上となった場合に、ハンチングが発生していると判定する請求項１に記載のクレーンのスキュー振れ止め装置。
3. 前記吊荷の条件は、吊荷の重量及び吊り高さである請求項１または請求項２に記載のクレーンのスキュー振れ止め装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のクレーンのスキュー振れ止め装置を備えるクレーン。

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